李學(xué)海

（杭州外國語學(xué)校 浙江 杭州 310023）

科學(xué)課程的基本理念是立足學(xué)生發(fā)展，體現(xiàn)科學(xué)探究的精神，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)。 學(xué)生并不是記住科學(xué)概念和結(jié)論就能解決問題，不是靠死記硬背，也不能靠教師滿堂講。 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂教學(xué)非常重要的一部分，如何利用實(shí)驗(yàn)優(yōu)化課堂教學(xué)，突出科學(xué)學(xué)科特色，下面結(jié)合教學(xué)實(shí)踐談?wù)剮c(diǎn)想法。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程讓學(xué)生親身參與

科學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)該是發(fā)生在一定社會(huì)和文化背景下意義建構(gòu)的過程。 當(dāng)代科學(xué)本質(zhì)觀下的教師教學(xué)行為注重知識(shí)產(chǎn)生過程，以及學(xué)生對(duì)于知識(shí)獲得過程的反思［1］。讓學(xué)生重演知識(shí)的發(fā)生過程，才是科學(xué)教學(xué)的真諦。 讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，親歷問題的解決過程，價(jià)值在于引導(dǎo)和鍛煉學(xué)生的思維活動(dòng)，還原知識(shí)形成和發(fā)展過程中的本來面目，掌握獲得知識(shí)的程序和手段。 科學(xué)課程中的演示實(shí)驗(yàn)，我們應(yīng)當(dāng)盡量再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，讓學(xué)生多想想：應(yīng)該怎樣做？ 為什么這樣做？ 換其他方法能不能做？

例如植物制造淀粉的實(shí)驗(yàn)，一般的做法是先介紹實(shí)驗(yàn)步驟： 暗處理→葉片部分遮光后光照→酒精脫色→清水漂洗→滴加碘液清水沖洗→觀察現(xiàn)象。 然后按步驟完成實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論，最后提出幾個(gè)問題并解答。 這樣的教學(xué)看起來思路清晰，結(jié)論清楚，但由于是簡(jiǎn)單講述，學(xué)生知道但難以理解，記憶保留的時(shí)間短。實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后學(xué)生還有疑問： 實(shí)驗(yàn)為什么這樣設(shè)計(jì)？步驟為什么這樣操作？ 究其原因是教師和學(xué)生只是循著課本做動(dòng)作，沒有讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，沒有與學(xué)生的思維活動(dòng)結(jié)合起來。 教學(xué)只有把結(jié)論變成過程，才能把知識(shí)變成智慧，改進(jìn)后設(shè)計(jì)如下。

師：淀粉遇碘液變藍(lán)，但是葉肉細(xì)胞中有葉綠體，葉綠體中含有葉綠素，呈綠色。有葉綠素的干擾？怎么辦？

生：葉綠素不溶于水，但溶于酒精。 用酒精將葉綠素溶解掉。

師：但是酒精加熱易揮發(fā)，同時(shí)易著火燃燒，怎么辦？

生： 水浴加熱， 小燒杯受熱均勻， 溫度控制在100℃以內(nèi)。

師：水浴加熱后，葉綠素已溶于酒精，但經(jīng)處理過的葉片表面還有酒精，怎么辦？

生：在清水中漂洗干凈。

師：葉中的淀粉是原來就存在的還是后來光合作用合成的？ 如何排除其它因素影響？

生：放置在黑暗的地方一晝夜，進(jìn)行饑餓處理，將葉內(nèi)原有的淀粉運(yùn)走或消耗掉， 最后再滴加碘液，檢驗(yàn)淀粉的存在。

教師基于學(xué)生的認(rèn)知脈絡(luò)設(shè)計(jì)問題，通過一系列問題引導(dǎo)，步步推進(jìn)，師生交流討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，從結(jié)論到過程，力求促進(jìn)學(xué)生思考，注重“動(dòng)腦”與“動(dòng)手”的結(jié)合，在交流對(duì)話中解決問題。

二、實(shí)驗(yàn)原理讓學(xué)生深入領(lǐng)會(huì)

在教學(xué)中，教師困惑的是：學(xué)生好像都聽懂了，可做作業(yè)錯(cuò)誤連連，題目換種提法就沒有辦法。 原因之一是學(xué)生還沒有弄懂學(xué)科知識(shí)的原理，要利用聯(lián)系的觀點(diǎn)與其它相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行比較， 認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)原理。 如學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)電壓表、電流表，知道電壓表要并聯(lián)在用電器兩端，電流表要串聯(lián)在電路中，但如果將電壓表和電流表串聯(lián)后接在電源上到底有沒有讀數(shù)，有些同學(xué)就無法理解。 從單一結(jié)構(gòu)水平到多元結(jié)構(gòu)水平，只有舉一反三，把握問題本質(zhì)，把兩表看做是阻值不同的電阻，才能解決多元結(jié)構(gòu)的問題。

普通裝置的氣密性檢查，學(xué)生比較熟悉，很容易說清楚，如圖1，整個(gè)氣密性檢查分為三個(gè)步驟［2］［3］。

圖1

但當(dāng)學(xué)生碰到其他不太熟悉的裝置，進(jìn)行氣密性檢查，往往模棱兩可，無從下手。 其實(shí)這正是教師教學(xué)造成的結(jié)果，平時(shí)往往關(guān)注氣密性檢查的步驟，鍛煉思維的過程與環(huán)節(jié)被老師忽略或代勞了。 檢查氣密性背后的原理是怎樣的，為什么要這樣做，學(xué)生沒有真正搞清楚，碰到相應(yīng)的問題會(huì)一錯(cuò)再錯(cuò)，知其然而不知其所以然。

其實(shí)可以先分析上述氣密性檢查三步做法，歸納出這樣做的目的：封閉部分氣體，根據(jù)改變氣體壓強(qiáng)后產(chǎn)生的現(xiàn)象來來判斷是否漏氣。 然后由目的來討論分析圖2 中檢查氣密性的原理和具體操作方法，如表1，并用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置來證明，經(jīng)過這樣分析整理、實(shí)驗(yàn)再去解決其他氣密性問題肯定是迎刃而解。

圖2

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在教學(xué)過程中，教師不可能把所有的知識(shí)和結(jié)論全部教給學(xué)生，學(xué)生要利用有限的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)原理來解決新情境新問題。 只有通過教師引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)現(xiàn)象，逐步深入分析現(xiàn)象的本質(zhì)特征，完善學(xué)生的認(rèn)知過程，運(yùn)用原理來解決新問題將得心應(yīng)手。

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生疑問

科學(xué)不是看懂和聽懂的， 而是想清楚和做明白的，需要通過探究和實(shí)驗(yàn)來深入理解概念、規(guī)律的來龍去脈。 亞里士多德曾說思維自驚奇和疑問開始，要使學(xué)生處于一種“心求通而未達(dá)，口欲言而未能”的不平衡狀態(tài)，引起學(xué)生的探索欲望，促使其積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，只有經(jīng)過思考的才會(huì)屬于學(xué)生自己。 但簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)教師往往直接講甚至忽略，這樣留給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)就少得可憐，通過實(shí)驗(yàn)探究想讓學(xué)生體驗(yàn)鮮活的知識(shí)與技能也就成了無源之水。 為什么作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在不同的物體上？可以用兩只彈簧稱稱鉤相接，一只彈簧稱拉，另一只不動(dòng)或互拉、豎直拉、水平拉來證明總是相等。 簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的道理深刻，我們要讓學(xué)生從簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)中挖掘科學(xué)道理。 如研究物體沉浮條件的實(shí)驗(yàn)，可以這樣設(shè)計(jì)。

師：如果把小鋼球和乒乓球放入水面以下，如果松手小鋼球和乒乓球會(huì)怎么樣呢？

生：小鋼球會(huì)下沉，最后沉到燒杯底部；乒乓球會(huì)上浮，最后會(huì)漂在水面。

（教師演示。 ）

師：為什么小鋼球下沉而乒乓球會(huì)上?。?/p>

分析：根據(jù)阿基米德原理，浮力的大小與ρ 液和V 排有關(guān)，ρ 液即為水的密度，是相同的，但乒乓球排開水的體積大于小鋼球排開水的體積，也就是乒乓球受到的浮力大于小鋼球受到的浮力。

師：如果把小鋼球換成獼猴桃，放入水中松手，獼猴桃會(huì)怎么樣呢？

（學(xué)生猜想，教師演示。 ）

師設(shè)問：獼猴桃為什么下沉，根據(jù)阿基米德原理，把小鋼球換成了獼猴桃，排開水的體積變大，浮力也變大，應(yīng)該比乒乓球上浮的更快，為什么浮力大反而下沉呢？

（思維碰撞，引起學(xué)生思考。 ）

分析：原來乒乓球受到浮力的作用上浮，而現(xiàn)在獼猴桃受到了浮力作用反而下沉，物體運(yùn)動(dòng)的方向改變了，即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變了，肯定是受到的力的作用，因?yàn)榱δ芨淖兾矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 物體在空氣中下落是因?yàn)槭艿搅酥亓ψ饔?，在水中下沉也受到了豎直向下的重力作用。

學(xué)起于思， 思起于疑， 實(shí)驗(yàn)是極好的引起學(xué)生“疑”的途徑。 科學(xué)最有味道的就是實(shí)驗(yàn)，真正好的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼騽?dòng)人，使人印象深刻，甚至使心靈受到觸動(dòng)。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理建立模型，滲透方法

在科學(xué)概念和規(guī)律教學(xué)中存在這樣的問題：教材中的介紹常常比較簡(jiǎn)略，教師對(duì)概念形成過程不夠重視，在學(xué)生沒有足夠的感性認(rèn)識(shí)，尚未建立初步的概念時(shí)，將概念和規(guī)律硬塞給學(xué)生［5］，把形成概念和規(guī)律過程變成了“知識(shí)要點(diǎn)加注意事項(xiàng)”。 部分同學(xué)只是記憶沒有理解本質(zhì)，最后利用大量習(xí)題強(qiáng)化，長期以往的結(jié)果是學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。 概念和規(guī)律教學(xué)要讓學(xué)生真正體驗(yàn)概念的形成過程，通過同化和順應(yīng)建立屬于自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

如磁感線是描述磁體周圍的磁場(chǎng)的，磁感線看不見、摸不著，要使學(xué)生理解和掌握抽象的概念，教學(xué)的關(guān)鍵在于讓學(xué)生參與概念的建構(gòu)過程。 磁感線的教學(xué)可以從磁場(chǎng)的性質(zhì)入手，在條形磁體周圍不同位置放小磁針，現(xiàn)象是不同位置小磁針北極指向不同，說明磁場(chǎng)是有方向的，而且不同的位置磁場(chǎng)方向不同。 教師指出科學(xué)上規(guī)定的磁場(chǎng)方向，要求學(xué)生在小磁針旁用箭頭表示磁場(chǎng)方向（圖3a）。 這樣做很直觀，但不可能把磁體周圍所有點(diǎn)的方向都標(biāo)出來。 那怎么來表示整個(gè)平面的磁場(chǎng)情況？ 學(xué)生不難想到辦法，用比小磁針更小的鐵屑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 學(xué)生觀察鐵屑分布的規(guī)律，并用示意圖表示（圖3b）。具體磁場(chǎng)方向的判斷用小磁針放在弧線上幾點(diǎn)，觀察并標(biāo)出小磁針指向（圖3c）。教師引入磁感線模型，完成條形磁體周圍的磁感線分布情況后（圖3d）， 然后教師展示立體結(jié)構(gòu)的磁板模型。 最后拓展到蹄形、同名磁極和異名磁極磁感線分布情況。

圖3

磁感線的概念教學(xué)從點(diǎn)到面最后形成立體的結(jié)構(gòu)，整個(gè)過程讓學(xué)生觀察、作圖，滲透科學(xué)思想和模型法、轉(zhuǎn)化等科學(xué)方法。 形成概念的思路是從生動(dòng)直觀的實(shí)驗(yàn)到抽象思維，從抽象思維到實(shí)踐。 抽象的科學(xué)概念教學(xué)要提供給學(xué)生豐富的表象素材和感官刺激，增加直觀感受，支撐學(xué)生的抽象思維，掌握知識(shí)的本質(zhì)屬性，軟化突破難點(diǎn)。

學(xué)生對(duì)科學(xué)方法不斷積累和掌握，形成借助科學(xué)方法獲取知識(shí)、提高能力的心理定勢(shì)。 這樣學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生對(duì)問題的敏感性，能夠用科學(xué)方法迅速地抓住問題的關(guān)鍵，找出解決問題的途徑［6］。教學(xué)過程本身就是科學(xué)方法的示范，科學(xué)方法的真正掌握，要求學(xué)生必須親身經(jīng)歷運(yùn)用科學(xué)方法探索過程，最終提高學(xué)生用科學(xué)方法解決具體問題的能力。

五、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)散成果

課堂上教師想提供給學(xué)生思考的機(jī)會(huì)，但實(shí)際往往把時(shí)間留給上課，給學(xué)生真正思考的時(shí)間并不多；有的學(xué)生雖然看起來知道，但講不出所以然，可意會(huì)不可言傳。要把課堂的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，減少知識(shí)灌輸，發(fā)展學(xué)生求異和發(fā)散思維，同時(shí)教師應(yīng)該給學(xué)生更多表達(dá)機(jī)會(huì)以完善思維品質(zhì)。 當(dāng)學(xué)生看到自己的想法轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實(shí)版的實(shí)驗(yàn)裝置， 自然有一種親切感，想去弄明白他們的想法能否實(shí)現(xiàn)，自然主動(dòng)性會(huì)大大增強(qiáng)。 學(xué)生頭腦中的思維活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)互相結(jié)合促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。 如證明電流產(chǎn)生熱量多少的方法如下。

問題：電流產(chǎn)生熱量的多少如何體現(xiàn)？ 學(xué)生討論。

方案1：白磷從未燃燒到開始燃燒需要的時(shí)間。

方案2： 發(fā)熱導(dǎo)線切割石蠟速度或粘有石蠟的火柴棒受熱后，看火柴棒掉下的快慢。

方案3：五水硫酸銅失水變白程度。

方案4：燒瓶中氣體熱脹冷縮，直觀，時(shí)間很短效果明顯。

方案5：燒瓶中液體熱脹冷縮，用溫度計(jì)能準(zhǔn)確地測(cè)出液體溫度變化，便于定量研究。

師生共同分析并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案2 和方案5。

師：與之類似，用吸引大頭針的數(shù)量顯示磁體磁性強(qiáng)弱， 用握住刻度尺的長度顯示人的反應(yīng)快慢，像這樣將難以測(cè)量的科學(xué)問題變成了可觀察、可測(cè)量的具體問題，稱為轉(zhuǎn)化法。

建構(gòu)主義認(rèn)為： 學(xué)習(xí)是學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)的過程。整個(gè)過程從提出問題到學(xué)生的發(fā)散思維，最后收斂小結(jié)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，解決問題成為開放的過程，思維的單向變?yōu)槎嘞颍?如簡(jiǎn)易溫度計(jì)的改進(jìn)也可以采用類似方法。從教師的教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)，從關(guān)注課堂形式到學(xué)生習(xí)得水平及問題解決水平的轉(zhuǎn)化， 分析學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知基礎(chǔ)，及時(shí)捕捉課堂意外，強(qiáng)調(diào)生成多種可能的假設(shè)、解決問題的方法或形成新觀點(diǎn)。學(xué)生只有經(jīng)過多樣化的思維過程和認(rèn)知方式， 多種觀點(diǎn)的碰撞、論爭(zhēng)和比較，才能獲得結(jié)論，真正理解和鞏固［7］。

有一則廣告語這樣說：人生就像一場(chǎng)旅行，不必在乎目的地，在乎的，是沿途的風(fēng)景，以及看風(fēng)景的心情。從三維目標(biāo)的角度來說，目的地就是知識(shí)與技能目標(biāo)；沿途的風(fēng)景是過程與方法目標(biāo)； 看風(fēng)景的心情就是情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)。 要達(dá)成三維目標(biāo)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，需要實(shí)驗(yàn)和課堂教學(xué)緊密融合，需要教師精心設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。 目標(biāo)是喚起學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)，最終培養(yǎng)出讓我們欽佩的學(xué)生。

［1］ 陳志偉，陳秉初主編. 中學(xué)科學(xué)教學(xué)論［M］. 杭州：浙江教育出版社，2007：107

［2］ 鄭永燕. 實(shí)驗(yàn)裝置氣密性檢查的復(fù)習(xí)教學(xué)［J］. 中學(xué)教學(xué)參考，2009，（5）：100-102

［3］［4］陳永平，徐凱里. “化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的氣壓差”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（1-2）：23-25

［5］ 吳軍. 中學(xué)物理概念教學(xué)的現(xiàn)狀分析及對(duì)策［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/jxyj/jfxf/201008/t20100827＿789176.htm.2008-10-07

［6］ 曹煥京，李紅凈. 探新課程核心課標(biāo)——“科學(xué)方法”教育的 滲 透 ［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/ztts/2011hybd/1z/201201/t20120112＿1096555.htm.2012-01-12

［7］ 余文森. 論自主、 合作、 探究學(xué)習(xí) ［J］. 教育研究，2004，（11）：27-30